重型自卸汽車設計(轉(zhuǎn)向系及前橋設計)-畢業(yè)論文

大學畢業(yè)設計（論文）題目＿重型自卸汽車設計（轉(zhuǎn)向系及前橋設計）車輛與交通工程學院畢業(yè)設計說明書PAGEPAGEI重型自卸汽車設計（轉(zhuǎn)向系及前橋設計）摘要汽車的轉(zhuǎn)向就是駕駛員按照自己的意志使行駛中的汽車行駛方向改變。使汽車行駛方向恢復或者改變的一套專用機構，即所謂的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。接下來我們來討論重型自卸車轉(zhuǎn)向系及前橋設計。本次設計采用的是整體式轉(zhuǎn)向機構，與非獨立懸架相匹配。首先通過發(fā)動機型號選擇相應車型，再查找轉(zhuǎn)向系結構及計算公式的相關書籍，根據(jù)已選車型，找出相關的基本數(shù)據(jù)，運用機構運動、汽車設計的知識，對轉(zhuǎn)向系進行參數(shù)設計，再選用相關的轉(zhuǎn)向機構，對軸、齒輪等進行強度校核，最后用汽車專用軟件CAD進行圖紙設計。由于這次是重型自卸，那么在轉(zhuǎn)向時，就要有轉(zhuǎn)向助力缸，幫助司機轉(zhuǎn)彎。在參考往年的資料的基礎上，先選用液壓式的助力缸。前橋轉(zhuǎn)向輪，一邊靠轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂，另一邊靠助力缸助力，把力平分到車輪上，這樣液壓助力缸可以做的小一點。轉(zhuǎn)向梯形就是由前橋、左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿組成的梯形。其作用就是保證轉(zhuǎn)向時左右車輪按一定的比例轉(zhuǎn)過一個角度。本次設計采用整體式轉(zhuǎn)向梯形，參考往年畢業(yè)設計及同類汽車設計經(jīng)驗初選轉(zhuǎn)向梯形的尺寸。用內(nèi)輪最大實際偏轉(zhuǎn)角減去外輪理想最大偏轉(zhuǎn)角，得出的差值進行檢驗，檢驗是否符合計算要求，從而進行設計。在吸收、參考各類重型汽車轉(zhuǎn)向系，在此基礎上略作改進。為重型自卸汽車轉(zhuǎn)向系提供了一種思路。關鍵詞：轉(zhuǎn)向系，轉(zhuǎn)向梯形，轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向助力缸THEDESIGNOFHEAVYDUMP(THEDESIGNOFSTEERINGSYSTEMANDRRONTAXLE)ABSTRACTThesteeringofthecaristhedriverinaccordancewiththeirownwillmakethedrivingdirectionchange.Asetofspecialmechanismsthatenablethevehicletomoveinoroutofavehicle'ssteeringsystem.Next,wediscussthedesignofthesteeringsystemandthefrontaxleofheavydumptruck.Thisdesignusestheintegralsteeringmechanism,andthenonindependentsuspension.Firstthroughtheenginemodeltoselecttheappropriatemodels,thenfindthebooksrelatedtothesteeringsystemstructureandcalculationformula,accordingtotheselectedmodels,findouttherelatedbasicdata,usingtheknowledgeofmechanismmotion,cardesign,designtheparametersofthesteeringsystem,andtherelatedtoinstitutions,tocheckthestrengthofshaft,gearandsoon.ThefinaldesigndrawingswiththespecialsoftwareofautomobileCAD.Thispaperintroducestheapplicationoftherecirculatingballrackandpinionsteeringdeviceinthedesignofthesteeringgear.Recirculatingballtypesteeringgearrackwithtwolevelgeartransmissionpairinthefirststage,inordertoreducethefrictionbetweenthesteeringandsteeringscrewnut,therollingfriction;inthesecondstagetransmissionpair,toadjustthemeshingclearanceandthegearrack.Wherein,thesteeringnutfollowerisafirststagetransmissionpair,andthedrivingpartisinthesecondstagetransmissionpair.Thesteeringtrapeziumiscomposedoffrontaxle,leftandrightsteeringknucklearmandsteeringtierod.Itsroleistoensurethatthesteeringwheelleftandrightwheelsinacertainproportionofanangle.Thedesignofthewholesteeringladder,referencetopreviousyearsofgraduationdesignandsimilarcardesignexperienceofthesizeofthesteeringtrapezium.Themaximumdeflectionangleoftheinnerwheelissubtractedfromthemaximumdeflectionangleoftheouterwheel,andthedifferenceistested.Intheabsorptionandreferenceofallkindsofheavyvehiclesteeringsystem,onthebasisofimprovement.Thispaperprovidesanideaforheavydutytrucksteeringsystem.KEYWORDS:steeringsystem,steeringtrapezium,steeringgear,steeringboostercylinder目錄前言 1第一章從動橋結構方案的確定 2§1.1從動橋總體方案確定 2第二章轉(zhuǎn)向系結構方案的確定 3§2.1轉(zhuǎn)向系整體方案的分析 3§2.1.1轉(zhuǎn)向器方案的分析 3§2.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結構及工作原理 4§2.1.3動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 4§2.1.4轉(zhuǎn)向加力裝置 6§2.1.5轉(zhuǎn)向加力裝置的轉(zhuǎn)向控制閥 8§2.1.6轉(zhuǎn)向加力裝置的結構布置方案 9§2.2轉(zhuǎn)向系整體方案的分析 9第三章從動橋的設計計算 11§3.1從動橋主要零件尺寸的確定 11§3.2從動橋主要零件工作應力的計算 11§3.2.1制動工況下的前梁應力計算 12§3.2.2在最大側向力(側滑)工況下的前梁應力計算 14§3.3轉(zhuǎn)向節(jié)在制動和側滑工況下的應力計算 15§3.3.1在制動工況下 15§3.3.2在側滑況下 16§3.4主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算 17§3.4.1在制動工況下 17§3.4.2在側滑工況下 19第四章轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計計算 20§4.1轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 20§4.1.1轉(zhuǎn)向器的效率 20§4.1.2傳動比的變化特性 20§4.1.3給定的主要計算參數(shù) 21§4.1.4轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)總圈數(shù) 21§4.2轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 22§4.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的計算 22§4.3.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù) 22§4.3.2螺桿、鋼球和螺母傳動副 23§4.3.3齒條、齒扇傳動副設計 23§4.4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度的校核 25§4.4.1鋼球與滾道間的接觸應力 25§4.4.2齒的彎曲應力 26§4.5液壓動力轉(zhuǎn)向機構的計算 27§4.5.1動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 27§4.5.2轉(zhuǎn)向動力缸的工作分析 27§4.5轉(zhuǎn)向梯形機構確定、計算及優(yōu)化 30§4.5.1轉(zhuǎn)向梯形結構方案分析 31§4.5.2整體式轉(zhuǎn)向梯形機構優(yōu)化設計 32第五章結論 35參考文獻 36致謝 37PAGEPAGE1前言自卸車能將汽車用來承載貨物或者人的東西按必然的角度來卸貨，并靠自身的重量讓汽車用來承載貨物或者人的東西自動回到原來位置的專用汽車。自卸車常用的驅(qū)動模式有6x4，8x4，按用途分為礦用自卸車、環(huán)衛(wèi)綠化自卸車，根據(jù)車廂翻斗方向分為前舉式和側翻式自卸車。自卸車具有運輸時間短，節(jié)省勞動力，機動性高，機械化卸貨等優(yōu)點，其主要作用是裝卸堆積性貨物，比如石塊、泥土、沙子。自卸車廣泛應用于工廠、車站、碼頭、礦山等場所，與礦山建筑事業(yè)、冶金、交通建設、礦山有較大關系，在經(jīng)濟建設中起著重要作用。自卸車使用條件有兩個，第一個條件是自卸車要與皮帶運輸機或鏟式裝載機配套使用，以提高運輸生產(chǎn)效率；第二個條件是自卸車一般運距較短，以發(fā)揮自卸車卸貨機械化的優(yōu)點。由于要計重型自卸汽車的轉(zhuǎn)向系及前橋，在根據(jù)發(fā)動機型號選定車型后，由于轉(zhuǎn)向要求輕便、靈敏，來選用適合的轉(zhuǎn)向梯形及相關結構，根據(jù)已知型號汽車的基本參數(shù)，計算所需的尺寸，在布置整車，調(diào)整進行強度等檢驗，從而得出合適的轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向傳動機構。第一章從動橋結構方案的確定§1.1從動橋總體方案確定本次我們所選的車型為奧奇重工，在選定車型之后，我們首先對從動橋進行選擇。，。由于前橋要實現(xiàn)轉(zhuǎn)向任務，當司機要轉(zhuǎn)彎時，力會傳到前橋上，使轉(zhuǎn)向節(jié)臂移動，從而使轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎。由于要計重型自卸汽車的轉(zhuǎn)向系及前橋，在根據(jù)發(fā)動機型號選定車型后，由于轉(zhuǎn)向要求輕便、靈敏，來選用適合的轉(zhuǎn)向梯形及相關結構，根據(jù)已知型號汽車的基本參數(shù)，計算所需的尺寸，在布置整車，調(diào)整進行強度等檢驗，從而得出合適的轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向傳動機構。在確定從動橋后，要考慮選用什么類型的懸架。有不是獨立的懸架，即不是一個整體，是分開的；有做成一個整體的，一動而帶動其它運動的。由于前橋要實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎，那么在轉(zhuǎn)向時會受到阻力，它的受力很復雜。一般采用的是整體的不是斷開的結構，所以用到整體的前橋。前橋選定后，我們要選擇其截面形狀，因為前橋要實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時由于地面的阻力等因素，和汽車自身特別的重，要采用特別結實的結構。我前面選用的是整體的。根據(jù)經(jīng)驗和查找資料，整體的一般是實心梁或者空心的梁。由于都是三維立體的結構，那么在工作時受力就是x、y、z方向都有受力，不可避免會產(chǎn)生力矩，作用在梁上。那么對于實心的梁來說，在強度方面，不是相等的，那么壽命相對于相等的強度的空心的梁來說，要小，不耐用。于是我們在這里設計為空心的梁，它的截面為工字型的。前梁在接近兩端位置，是力和力矩傳遞的接觸點，所以在梁的兩端位置，要適當加粗。材質(zhì)，一般選用中碳鋼材料，鍛造即可，材料的抗彎抗扭。

第二章轉(zhuǎn)向系結構方案的確定§2.1轉(zhuǎn)向系整體方案的分析司機使汽車按照自己的意志或者操作使其在指定的位置行駛，改變方向就是轉(zhuǎn)向。車輛在轉(zhuǎn)彎過程中會受到各種阻礙其轉(zhuǎn)向的力，如來自地面對其的力，行駛阻力等，因此靠車輛轉(zhuǎn)彎所組成的一套系統(tǒng)來提高車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)穩(wěn)定性能。轉(zhuǎn)向系分為機械式和動力式轉(zhuǎn)向兩種，機械式轉(zhuǎn)向要依靠駕駛員的體力為動力來轉(zhuǎn)向，相對于重型自卸車來說，光靠體力，人體難以實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向；動力式轉(zhuǎn)向是發(fā)動機動力和人體體能共同作用的，人體動力只占一小部分，在外在動力下實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，因此自卸車要采用動力式轉(zhuǎn)向?！?.1.1轉(zhuǎn)向器方案的分析在轉(zhuǎn)向過程中，由于傳動件之間都存在間隙，所以不可能保證，方向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)同時開始且終止。所以為了避免駕駛員過度緊張，所以要有合適的轉(zhuǎn)向器自由行程，來緩解路面的沖擊，同時自由行程不要選的過大，影響靈敏性。車輛在行駛中，當司機轉(zhuǎn)向時會存在一個轉(zhuǎn)彎效率問題，效率高那么在此損失的能量比較少，所以我們要討論一下用什么結構，來使轉(zhuǎn)彎時效率提高，從而減少能量的損失。所以在這里選用可逆式的。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器能夠讓司機在轉(zhuǎn)彎時，感到自己有手感（轉(zhuǎn)彎），有路感，同時能讓轉(zhuǎn)向盤慢慢回正。它是靠齒輪和齒條的嚙合來實現(xiàn)工作的，一般用在轎車上。要有減震器來緩和地面?zhèn)鹘o方向盤的沖擊。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器相對前面來說，由于機構相對復雜，在現(xiàn)在的轎車上不常用，廣泛用在最新的助力轉(zhuǎn)向上，符合自卸車的要求，同時工作比較平穩(wěn)、可靠。蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器相對前面來說，它的構造更加復雜，零件比較多，相對于前兩個成本會高，對其精度方面的要求會高一點，加工制作的難度高一點。相對前兩個不劃算，且傳動比和嚙合間隙的變化特性受限制，所以在這不采用?！?.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結構及工作原理循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，，也是。汽車轉(zhuǎn)向時，螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿把受的力通過鋼球傳遞給螺母（第一級傳動副），螺桿與螺母不接觸，為了減小兩者之間的作用的阻力，在它們之間加鋼球，鋼球的存在，使得兩者之間的阻力減小，使得傳動更方便、靈活。；然后螺母再把力傳給齒扇軸（第二級傳動副），讓齒扇軸擺動，從而實現(xiàn)車輪偏轉(zhuǎn)，但螺母不能轉(zhuǎn)動，只能軸向移動。鋼球在螺桿與螺母之間組成的封閉導管路中運動，但不能脫出，從而在里面循環(huán)運動。如圖所示：圖2-1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于螺母最外圍的齒頂?shù)拿媸莾A斜的，于是與之接觸的齒扇軸的齒面上節(jié)圓半徑不是一直不變的，是有規(guī)律的，按某種線性規(guī)律變化的。使得它們之間可以變化的的轉(zhuǎn)向器，操做省力，更加簡便，使用壽命很長?！?.1.3動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類１）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering）沒有油罐、油泵等裝置，節(jié)省了成本，全是模塊化設計，它的靈活性很高，穩(wěn)定性很高。相對于液壓式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在液壓方面沒有能量損失，能量利用率提高了，經(jīng)濟性好；同時液壓系統(tǒng)有延遲性，而電助力沒有延遲性，同時對于天氣變化不明感，不用擔心天氣影響液體的粘稠度。由于沒有油泵等部件，它的裝配效率大大提高，空間利用率也高。我們對參數(shù)的討論分析，得到回正特性曲線，能使車輛在轉(zhuǎn)彎后自動回正。總之，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用的是電信號來傳遞和控制的，節(jié)能環(huán)保，一般用在比較高檔的汽車上。結構示意圖如下圖所示：圖2-2電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖２）電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控是電子控制的液壓泵來控制液壓，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向器（PPS）的轉(zhuǎn)彎，它是在老式的機械液壓式轉(zhuǎn)彎的基礎之上做的改進，里面有電子節(jié)制單位，按照車輛的行駛狀態(tài)，來調(diào)節(jié)電子液壓泵的工作狀況，如果電子液壓泵運轉(zhuǎn)很快，那么傳出的功率就大，司機轉(zhuǎn)彎就很方便，不需要多大力就能轉(zhuǎn)彎。該系統(tǒng)有微處理機和電子轉(zhuǎn)速表，微處理機根據(jù)發(fā)出的脈沖訊號，發(fā)出指令，來控制動力轉(zhuǎn)向機構，而且提供的助力，隨著車速的增加而減少，在高速時使駕駛員保持良好的路感。機械式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機器式液壓動力轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的液壓泵在發(fā)動機工作時始終處于工作狀態(tài)，液壓泵的動力由發(fā)動機提供，發(fā)動機熄火后方向盤所提供的輔助的力消失。發(fā)動機的一部分功率用在了液壓泵上，消耗了功率，在一定程度上浪費了資源。液壓泵在工作時，有時會處于一種高壓的狀態(tài)，對于管路是一種損害。同時呢，發(fā)動機的功率于汽車的轉(zhuǎn)速有關，轉(zhuǎn)速較低時，發(fā)動機功率低，那么提供給液壓泵的能量就少，在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)向時會比較費力。動力式轉(zhuǎn)彎常用的是液壓作為輔助動力，來輔助車輛轉(zhuǎn)彎。駕駛員在轉(zhuǎn)向時，液壓缸里的高壓油很高，高達10MP以上，作用在活塞上，推動活塞運動，把轉(zhuǎn)向的力作用在轉(zhuǎn)向節(jié)臂上，帶動轉(zhuǎn)向梯形，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。采用液壓進行助力的結構，其結構尺寸很小，工作時沒有任何噪聲，同時能接受來自地面?zhèn)鱽淼母鞣N力，在各種車輛上應用比較普遍，工作滯后時間短。所以本次采用液壓助力來幫助汽車轉(zhuǎn)向。如圖2-3所示：圖2-3機械式液壓助力動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖§2.1.4轉(zhuǎn)向加力裝置通過有區(qū)別或有差異的方式產(chǎn)生的作用力（液壓或者氣壓）來輔助司機，使司機轉(zhuǎn)彎輕便的零件或者結構，叫轉(zhuǎn)彎加力裝置。由于采取的是機械式的液壓作為動力的轉(zhuǎn)彎，所以下面對類型討論。常壓式液壓轉(zhuǎn)向加力裝置當駕駛員轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)彎節(jié)制閥開啟，儲能器里面的油經(jīng)管路流到轉(zhuǎn)彎助力缸中，在高壓油的壓力下，會作用在轉(zhuǎn)向閥的側面上，形成助力，幫助轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向。當不工作時，轉(zhuǎn)向閥封閉，較高壓力的油直接回到儲能器中。不管方向盤如何變化，是工作還是不工作，常壓式轉(zhuǎn)向加力裝置的工作管路始終保持高壓。如圖2-4所示：圖2-4常壓式液壓轉(zhuǎn)向加力裝置2）常流式液壓轉(zhuǎn)向加力裝置如圖2-5所示：圖2-5常流式液壓轉(zhuǎn)向加力裝置常流式液壓轉(zhuǎn)彎加力裝置在不工作時，轉(zhuǎn)彎節(jié)制閥處于開啟狀況，轉(zhuǎn)彎動力缸兩頭同時與轉(zhuǎn)彎液壓泵和轉(zhuǎn)彎油罐相連，兩頭壓力都是相當?shù)?，轉(zhuǎn)彎動力缸不工作；當司機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，在中間某個點，會使轉(zhuǎn)彎節(jié)制閥會使轉(zhuǎn)彎動力缸兩端分開，其中一端與轉(zhuǎn)向液壓泵相連，另一端與轉(zhuǎn)向油罐相連，由于轉(zhuǎn)向活塞上有地面轉(zhuǎn)向阻力作用的力，使得與轉(zhuǎn)向液壓泵相連的那一端壓力會逐漸升高，直至使得轉(zhuǎn)向活塞恢復到原來位置。常流式液壓轉(zhuǎn)彎加力裝置的轉(zhuǎn)彎液壓泵始終處于開啟的狀況，當方向盤不工作時，也處于開啟狀態(tài)，但卻是空轉(zhuǎn)，壓力很??；方向盤轉(zhuǎn)向時，也在工作，壓力會逐漸升高，然后持平不變。常流式結構簡單，泄露比較少，因此此次設計采用常流式?！?.1.5轉(zhuǎn)向加力裝置的轉(zhuǎn)向控制閥1）滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥是依靠閥體通過軸向移動來實現(xiàn)內(nèi)部液體流動方向的變化來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。當司機轉(zhuǎn)動方向盤時，使閥體向右動彈，在中間某個位置，會使轉(zhuǎn)彎節(jié)制閥的轉(zhuǎn)彎動力缸兩頭分開，其中一端與轉(zhuǎn)向液壓泵相連，另一端與轉(zhuǎn)向油罐相連，由于轉(zhuǎn)向活塞上有地面轉(zhuǎn)向阻力作用的力，使得與轉(zhuǎn)向液壓泵相連的那一端壓力會逐漸升高，直至使得轉(zhuǎn)向活塞恢復到原來位置。如圖2-6所示：常流式滑閥常壓式滑閥圖2-6滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥結構2）轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)彎節(jié)制閥是靠閥體的繞軸滾動，來改變內(nèi)部液體的流動去向，來改變內(nèi)部壓力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。液壓油從中間進入，當閥體旋轉(zhuǎn)后，是其中四個通道同時被隔斷，只與另外四個通道相連，液壓油進入動力缸內(nèi)，而動力缸另一側是低壓油，直接回到儲油罐。如圖2-7所示：圖2-7轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥結構§2.1.6轉(zhuǎn)向加力裝置的結構布置方案三種。如圖2-8所示：圖2-8常流式液壓轉(zhuǎn)向加力裝置結構布置方案圖§2.2轉(zhuǎn)向系整體方案的分析此次畢業(yè)設計是根據(jù)發(fā)動機的型號WD12.375選取相應的車型，即奧奇重工AZ3500自卸車。在此基礎上，改進的結構方案。因此汽車的滿載質(zhì)量為50t，整備質(zhì)量18.5t，裝載質(zhì)量31.5t，前橋載荷在滿載時為9.69t。因此這次結構上，選用液壓助力來輔助轉(zhuǎn)彎，采用整體式的轉(zhuǎn)向梯形，轉(zhuǎn)向器選用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。

第三章從動橋的設計計算§3.1從動橋主要零件尺寸的確定前橋為轉(zhuǎn)向從動橋，本次設計采用工字梁代替方形梁，工字梁發(fā)生彎曲時，有中性層，該層對抗彎很小，比方形梁好。，見圖4-1，。該斷面的和（單位為）可近似取為：(3-1)式中：由經(jīng)驗公式：式中：取=mm(B為前輪輪距，為2458mm。上，、取為1200mm)§3.2從動橋主要零件工作應力的計算那么我們接下來先對前橋進行受力分析，如下所示：1-制動工況下的彎矩圖2-側滑工況下的彎矩圖圖3—1轉(zhuǎn)向從動橋在制動和側滑工況下的受力分析簡圖§3.2.1制動工況下的前梁應力計算當駕駛員踩剎車時，制動力和垂直力會作用在車輪上，然后傳遞給前梁，在前梁產(chǎn)生彎矩和轉(zhuǎn)矩。當踩剎車時轉(zhuǎn)向橋會移動，汽車質(zhì)心會向前，則前輪所遭受的地面垂直反力為：式中：；；，；（mm)。前輪所承受的制動力：式中：；在地面垂直反力和制動力的作用下，前梁產(chǎn)生的垂直彎矩和水平方向的彎矩的最大值，分別為：N·mm式中：—見圖3—1，取=725mm取=3229N；—前輪輪距取B=2458mm；則主銷孔和座之間有轉(zhuǎn)矩T，是因為制動力在前梁的作用T=式中：—輪胎的滾動半徑取616.4mm則有(a)Ⅱ-Ⅱ斷面(b)Ⅰ-Ⅰ斷面圖3—2（Ⅱ-Ⅱ斷面）在附近，其最大。?彎曲應力（單位為）為：式中:前梁應力的許用值為=300,當a=45mm時，=63.28得：?（單位為）為：，轉(zhuǎn)（）。?！傲簷M截面的最大寬度。故?！?.2.2在最大側向力(側滑)工況下的前梁應力計算假設汽車向右側滑，如果車輛掛最高速擋運轉(zhuǎn)，急速左轉(zhuǎn)彎，那么此時汽車側滑時，側向力到達最大。對左前輪接地點取距：式中：；；此時，向右作用。則有：Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面產(chǎn)生的彎矩如下：取y=140mm，，，其中，§3.3轉(zhuǎn)向節(jié)在制動和側滑工況下的應力計算如圖4—2所示，軸徑為的輪軸根部為轉(zhuǎn)向節(jié)的危險斷面，即III-III截斷面處?！?.3.1在制動工況下III—III剖面處的軸徑?jīng)]有轉(zhuǎn)矩，因直接通過給轉(zhuǎn)向節(jié)的，而沒有經(jīng)節(jié)的，因此只有水平方向的彎矩和垂直方向的彎矩。所以合成彎矩為：，，取；，取。圖3—3轉(zhuǎn)向節(jié)受力簡圖則故70mm的軸頸滿足要求。本次設計轉(zhuǎn)向節(jié)采用毛培制造，選擇合適的鍛件，進行鍛造，然后高頻淬火，鍛件一般為，等中碳合金鋼制造，振蕩頻率15～35KHZ，使其表面硬度達到HRC57～65，輪軸根部的圓角液壓處理?！?.3.2在側滑況下在側滑時，危險斷面III—III處的左、右節(jié)的是不相等的，以向右側滑為例，有：左右轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸處的彎矩為：彎曲應力為：因此左右轉(zhuǎn)向節(jié)都符合要求?！?.4主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算，滲碳層深1.0~1.5mm，淬火后表面硬度為56~62HRC。為了，讓主銷后、為零，且力的作用點在主銷。受力分析如圖3-3、3-4：圖3—4主銷受力簡圖§3.4.1在制動工況下不管制動與否，主銷上的力矩都是平衡的，而主銷上由于支撐力的原因，產(chǎn)生兩個反向力、，那么根據(jù)平衡，可以得到以下公式：制動力的跟轉(zhuǎn)向橫拉桿的反N相互平衡，取，即：主銷支撐上在兩個相同方向、產(chǎn)生：取，主銷支撐上的轉(zhuǎn)向橫拉桿反力N在兩個相同方向產(chǎn)生、：式中，為主銷內(nèi)傾角，=。轉(zhuǎn)向節(jié)靠制動底板的制動力來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動趨勢，同時主銷上有兩個反向力、，它們可以制止轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)動趨勢：綜上：§3.4.2在側滑工況下假設向右側滑，主銷上的所受的作用力：，為主銷的最大計算載荷，則，對主銷上拳處的和進行計算：式中：（mm）：（mm）。，。主銷襯套的擠壓應力為：式中：l為襯套長（mm）。經(jīng)校核強度滿足要求。第四章轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計計算§4.1轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)§4.1.1轉(zhuǎn)向器的效率正效率公式:；逆效率，用符號表示，。其中，；。，，如果，其效率可用下式計算：式中：；，；。取，，得：，綜上所得，隨著導成角的增大，正逆效率均增大，但是（）不宜太大，因為受增大的影響。在這里我們采用?！?.1.2傳動比的變化特性1.轉(zhuǎn)向系傳動比。2.力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關系和之間的關系(4-1)式中，，撐。作用在方向盤上的手力為為(4-2)式中，；。將式(4-1)、(4-2)代入后得到(4-3)有(4-3)知，，力傳動比要取大些，因此才能保證不能轉(zhuǎn)向輕便?！?.1.3給定的主要計算參數(shù)軸距L=5110mm輪距前輪2458mm輪胎13.00-25D=1295mmB=330.2mm輪胎氣壓：750靜力半徑：616.4mm最小轉(zhuǎn)彎半徑小于等于9.3m外輪的最大轉(zhuǎn)角：內(nèi)輪的最大轉(zhuǎn)角：汽車總重：18.5t(空載)、50t（滿載）前軸載荷：67573N（空載）、96858.7N（滿載）§4.1.4轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)總圈數(shù)根據(jù)前面所說，又根據(jù)所選車型算出基本數(shù)據(jù)后，我們要對轉(zhuǎn)向盤進行整體布置設計。得到和；在設計轉(zhuǎn)向系之前，我們要根據(jù)不同的車型和不同的轉(zhuǎn)向器型式進行選擇，給出大致的轉(zhuǎn)向系角傳動比。有了上述參數(shù)，可計算。式中:；；§4.2轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定經(jīng)過前面的計算后，我們對轉(zhuǎn)向系的強度進行計算，看看是否符合要求，要對全部零件進行校核。我們根據(jù)在轉(zhuǎn)向系零部件上產(chǎn)生的力來分析，影響它的因素有路面路面阻力的變化還有其它因素，的阻力，中的摩擦阻力等組成。：式中:,這里取＝0.7;＝96858.7N；P＝0.75Mpa；代入得：發(fā)生在方向盤的受力：對于件的荷，取司機在反向盤上力，最大瞬時力§4.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的計算結構圖如圖4-1所示。圖4-1螺桿,鋼球,螺母傳動副§4.3.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)參考《汽車設計》表7-1，得：，，，螺桿,,,，環(huán)，，，，齒扇壓27°30′，=7°30′，?！?.3.2螺桿、鋼球和螺母傳動副1.螺母內(nèi)徑=+==38.2mm。每個環(huán)路中鋼球的數(shù)量為：個取其中，選8°。接觸角θ是，45°，。3.，s為：(4-12)，角，其關系：(4-13)其中r為齒扇節(jié)圓半徑。聯(lián)立以上公式得，將對求導，為：=25.7滾動截面一般取§4.3.3齒條、齒扇傳動副設計循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇上的分度圓的齒厚是變化的，為變厚齒扇，它的齒頂是圓錐的一部分，它的齒根的輪廓也是圓錐的一部分。表4-1基準剖面（1-1剖面）的齒形計算名稱公式結果(mm)分度圓直徑齒頂高齒根高齒全高齒頂圓直徑分度圓齒厚頂圓壓力角頂圓齒厚表4-2最大變位系數(shù)剖面（2-2剖面）齒頂變尖核算名稱公式結果（mm）最大變位系數(shù)=0.547齒頂圓半徑齒頂圓壓力角分度圓齒厚=13.90齒頂圓齒厚=2.132圖4-2變厚齒扇齒形計算簡圖，，設0-0面與?！?.4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度的校核§4.4.1鋼球與滾道間的接觸應力利用公式σ，那么鋼球和間的為：式中：，根據(jù)值查《汽車設計》表7-3查出，,；；；；，等于；，可用下式計算式中：—螺桿螺線導程角；；；。其中，§4.4.2齒的彎曲應力：式中：；；；。其中，,取mm，顯然符合要求。許用彎曲應力為?！?.5液壓動力轉(zhuǎn)向機構的計算§4.5.1動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理因為我們所選型號為奧奇重工，它是重型自卸汽車，轉(zhuǎn)向時一定要有助力轉(zhuǎn)向，來減輕作用在反向盤上的力，使轉(zhuǎn)向更加靈活、輕便，提高行駛的穩(wěn)定性。于是我們在前人的基礎上和觀察其它載貨汽車的設計，設計了如圖所示的結構原理圖：圖4-3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結構圖1.轉(zhuǎn)向器動力缸2.輪胎3.助力缸§4.5.2轉(zhuǎn)向動力缸的工作分析轉(zhuǎn)向器動力缸的設計（1）：式中，；；；。其中，PAGEPAGE28聯(lián)立可得：106.5mm取=120mm式中，（8.12×106N·mm）；(48.75mm)；(2)；(85%)；（取0.0085）；()；(700N)；（取250mm）；（取38mm）；（8°）；(0.5°)；(15MPa)。計算得，=26406N，=1273N,=15034N,=11245N聯(lián)立可得：113.5mm取=120mm,2.活塞行程的計算，活塞所能移動的最大距離可由轉(zhuǎn)向盤總圈數(shù)乘以與來求得，即其中，；。3.動力缸缸筒壁厚的計算，來確定，即式中，；；；數(shù)，n=3.5～5.0，此處取4.0。。求得取助力缸的設計（1）.動力轉(zhuǎn)向器輸出扭矩其中，得：助力缸應克服的阻力矩：.助力缸的內(nèi)徑：其中，，，活塞桿之間的距離。與和之間有如下關系：且其中，，取0.95；，桿直徑。由此可推導出助力缸的內(nèi)徑：設計時得：圖4-4助力缸安裝結構圖§4.5轉(zhuǎn)向梯形機構確定、計算經(jīng)過前面的計算，我們需要對重型自卸汽車選擇合適的轉(zhuǎn)向梯形。選擇的方案和懸架的選取類型有關。。它們都有一個共同點，就是前輪的鼓輪在轉(zhuǎn)向時，都要繞著同一個點旋轉(zhuǎn)，否則無法保證鼓輪做純滾動，可能存在滑動，影響轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性?！?.5.1轉(zhuǎn)向梯形結構方案分析1）整體式轉(zhuǎn)向梯形圖5－14整體式轉(zhuǎn)向梯形整體式轉(zhuǎn)向梯形的特點是前橋是整體的，沒有斷開，前橋與轉(zhuǎn)向橫拉桿構成等腰梯形，靠這個梯形進行轉(zhuǎn)向。如果汽車用的是非獨立懸架，那么轉(zhuǎn)向梯形采用此結構。斷開式轉(zhuǎn)向梯形圖5－15斷開式轉(zhuǎn)向梯形式的前橋和是分開的，所以零件比較多，制造成本高。如果該汽車采用的是獨立懸架，那么采用此結構。但是其前束調(diào)整比較困難。§4.5.2整體式轉(zhuǎn)向梯形機構設計司機駕駛車輛行走時，不管往哪里轉(zhuǎn)彎，都要繞一個點旋轉(zhuǎn)。此時，設、、，，延。如圖5-17所示：（5－58）若自變角為，則因變角的期望值為圖5－17理想的內(nèi)、外車輪轉(zhuǎn)角關系簡圖（5－59）（5－60）式中，；。實際因變角不經(jīng)常使用。因此，，構成評價設計優(yōu)劣的目標函數(shù)為×100％將式（5－59）、式（5－60）代人式（5－61）得×100％式中，，；，由圖5－17得（5－62）式中，；。（5－63）在經(jīng)驗和查看資料的基礎上，可以得出以下公式：（5－64）（5－65）（5－66）m要滿足，，。綜上，在利用程序編程之后用來，輸入可得，臂長為。

第五章結論這次設計是在參考往年學長及一些相關論文雜志來確定重型自卸汽車的轉(zhuǎn)向系及前橋的相關結構方案和結構尺寸。，采用，作用在重型自卸汽車前橋的左輪上，液壓助力缸作用在前橋右輪上。，機轉(zhuǎn)向節(jié)臂上，；于此同時，由于自卸汽車比較重，必須有助力，使轉(zhuǎn)向方便靈活，液壓助力缸會工作，也作用在轉(zhuǎn)向節(jié)臂上，幫助轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)重型自卸汽車轉(zhuǎn)向。由于做的是純滾動，。此次設計的整個過程，讓我對轉(zhuǎn)向系及前橋的結構和選取有一個整體的認識，同時也加強了對汽車構造和汽車設計等書的了解，對以后從事汽車相關的轉(zhuǎn)向很有幫助，是一次很好的磨練。參考文獻[1]王望予.汽車設計.[4版].北京:機械工業(yè)出版，2004.8[2]陳家瑞.汽車構造.[3版].北京:機械工業(yè)出版社，2009.2[3]鐘建國,廖耘,劉宏.汽車構造與駕駛[M].長沙:中南大學出版社[4]馮晉祥.專用汽車.北京:機械工業(yè)出版社，2008.5[5]曾東建.汽車制造工藝.北京:機械工業(yè)出版社，2005.9[6]楊巍,何曉玲.械原理.北京:機械工業(yè)出版社，2010.5[7]武充沛.機械精度設計與檢測.北京:科學出版社，2014.8[8]機械設計手冊.化學工業(yè)出版社，1987.4[9]姜立標.載質(zhì)量220t電動輪自卸車全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計[10]孟兆磊.基于AMESim的礦用汽車全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模與仿真[11]肖盛云,徐中明.汽車運用工程基礎.重慶大學出版社[12]陳思忠.拖拉機與農(nóng)用運輸車，2000，第8期，NO32[13]鐘建國,耘廖,劉宏.汽車構造與駕駛[M].長沙:中南大學出版社[14]錢振為.汽車工業(yè)研究，2001，第4期，NO17致謝本次設計因缺乏經(jīng)驗，很多地方設計的不是很全面，在查找資料、老師老師的指導及同學們的幫助下，這次設計不會完成的這么順利。此次設計的整個過程，讓我對轉(zhuǎn)向系及前橋的結構和選取有一個整體的認識，同時也加強了對汽車構造和汽車設計等書的了解，對以后從事汽車相關的轉(zhuǎn)向很有幫助，是一次很好的磨練。在這里首先要感謝我的導師曹艷玲老師，在設計過程中，給予了我悉心的指導，嚴格要求我，指導的很細致，指出很多不足的地方，讓我學會了許多知識。在此，向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！

外文資料及翻譯SteeringsystemMotorsteeringsystem:Ontheautomobileusesfortochangeorrestoresitstraveldirectiontosupposetheorganizationtobecalledthemotorturningsystemspecially.Automobile'ssteeringsystemisusesfortochangetheautomobiletraveldirectionandtomaintaintheautomobilestraightlinetravelorganizationComposes(1)Tochangethecontrolmechanismbasicallymainlybythesteeringwheel,thesteeringaxle,thesteeringtubecolumnandsoontobecomposed.(2)Diverterbecomessteeringwheel'srotationsteeringarm'sswingingortherackaxisstraightreciprocatingmotion,andtochangesthecontrolforcetocarryontheenlargementtheorganization.Thediverterfixesgenerallyontheautomobileframeortheautomobilebody,changesthecontrolforceafterthedivertergenerallywillalsochangethetransmissiondirection.(3)Steeringtransmissionsystemthestrengthwhichandthemovementoutputsthediverterpassestothewheel(knuckle),aboutandcausesthewheeltocarryonthedeflectionaccordingtocertainrelationstheorganization.TypeCrookedtoenergydifference,thesteeringsystemmaydivideintothemachinerysteeringsystemandthepowersteeringsystemtwobroadheadingscrooked.Mechanicalsteeringsystem:Andchangesthetransmissionsystembythedivertertobecomposed.Diverter:Bythesteeringwheel,thesteeringwheelsteeringaxle,changesmeshingtopay(diverter)tobecomposed.Steeringtransmissionsystem:Bydroparm(droparm),draglink,draglinkarm,abouttrapezoidalarm,steeringknuckletierod,ifadrybulbjointcomposes.Powersteeringsystem:ChangestheaugmenterconstitutionbymechanicalsteeringsystemCanada.1.MechanicalsteeringsystemThemechanicalsteeringsystemchangestheenergybypilot'sphysicalstrengthachievement,allpowertransmissionarethemachinery.Themechanicalsteeringsystembychangesthecontrolmechanism,thediverterandchangesthetransmissionsystemthreemajorparttobecomposed.(1)steeringcontrolmechanismChangesthecontrolmechanismbythesteeringwheel,thesteeringaxle,thesteeringtubecolumnandsoontobecomposed,itsfunctionisrotatesthepilotsteeringwheel'scontrolforcetopasstothe.(2)Thediverter(alsoofteniscalledsteeringunit)iscompletesfromtherotarymotiontothetranslation(orapproximatemotion)agroupofgearmechanism,simultaneouslyisalsointhesteeringsystemspeedreducerdrive.Atpresentthecommonlyusedtoothedwheelracktype,followsroundtheworldthecranktorefertosellsthetype,thewormbearingadjustercranktorefertosellsthetype,tofollowroundtheworld-thetoothracktoothfantype,thewormbearingadjusterhooptypeandsoon.Wemainlyintroducethefirstseveralkinds.1)GearracktypeThegearracktypediverterdividesthebothsidesoutputtypeandamong(orsingleend)theoutputtypetwokinds.Thebothsidesoutput'sgearracktypediverter,changesthegearshaftasthetransmissionvice-hostmovingpartsandinstallsthroughthebearinginthedivertershell,itsupperextremethroughsplineanduniversaljointslidingyokeandsteeringaxleconnection.Withthesteeringgearmeshingsteeringracklevelarrangement,thebothsideswithchangethesteeringknuckletierodthroughaballplacetobeconnected.Thespringpressesthroughthebriquettingtherackdependinginthegear,guaranteesceaselessmeshing.Spring'supforceavailableadjustmentthreadplugadjustment.Whenrotatesthesteeringwheel,thedivertergear-driven,causeswithitmeshingrackalongtheendmotion,thusaboutcausesthesteeringknuckletierodtoleadabouttheknuckletorotate,causestochangethewheeldeflection,thusrealizesmotorturning.Middleoutputgearracktypediverter,itsstructureandprincipleofworkandbothsidesoutputgearracktypediverterbasicsame,thedifferenceliesinittochangethesteeringknuckletierodinsteeringrack'smiddlewiththeboltwithabouttobeconnected.Onsingle-endedoutput'sgearracktypediverter,arack'sendwithchangesthesteeringknuckletierodthroughtheinsideandoutsidebrackettobeconnected.2)Followsroundtheworld-likethedivertorFollowsroundtheworld-likethediverterisoneofpresentdomesticandforeignapplicationmostwidespreadstructurepatterns,generallyhastwo-stagedrive,thefirstlevelisscrewrodnuttransmission,thesecondlevelistoothracktoothfantransmission.Inordertoreducebetweenthesteeringscrewsteeringnut'sfriction,thetwo'sthreadimmediatecontact,duringisloadedwithmanysteelballs,realizestherollingfriction.Onthesteeringscrewandthenutprocessestheprofiledoutlineistwosectionorthreesectionofnotconcentriccirculararccompositionapproximatesemicirclespiralgroove.Thetwo'sspiralgroovecancoordinatetoformtheapproximatecircularcrosssectionthespiraltubularchannel.Thenutsidehastwopairofthroughholes,mayhenceforththeventplugenterthesteelballinthehelixchannel.Outsidethesteeringnuthastwosteelballdrivepipes,eachdrivepipe'sbothsidesinsertthenutsideseparatelyinapairofthroughhole.Inthedrivepipehasalsopackedthesteelball.Thus,intwodrivepipesandnut'sspiraltubularchannelscombinetworespectivelyindependentsealsthesteelball"theflowchannel".Whenthesteeringscrewrotates,passestothesteeringnutthroughthesteelballthestrength,thenutnamelyalongtheendmotion.Atthesametime,frictioncouplefunctionbetweenthescrewrodandthenutandunderthesteelball,allsteelballsthenrollsinthespiraltubularchannel,formation"ballclass".Whenthediverterworks,tworowssteelballsareonlyintherespectivesealflowchannelinternalrecycling,willleave.3)ThewormbearingadjustercrankreferstosellsthetypediverterThewormbearingadjustercrankreferstosellsthetypediverter'stransmissionvice-(bythesteeringwormprimarilymovingparts,itisinstallsfromthemovingpartsintherockerarmshaftcranknosereferstosells.Whenthesteeringwormrotates,referstowithitmeshingsellsnamelycirclestherockerarmshaftspoolthreadalongthecircular,andleadstherockerarmshaftrotation.(3)SteeringtransmissionsystemSteeringtransmissionsystemthefunctionisthestrengthwhichandthemovementoutputsthediverterpassestothesteeringaxlebothsidestheknuckle,causesthebothsideswheeringwheeldeflection,andcausestwowheeringwheeldeflectionanglesaccordingtocertainrelationalchange,guaranteeswhenmotorturningthewheelandthegroundrelativeslidingisasfaraspossiblesmall.Usesforpartswiththenon-independentsuspensionforkchangesthetransmissionsystemmainlytoincludethesteeringarm,tochangethedraglink,thesteering,andthesteeringtrapezium.Inthefrontaxleisonlyinthesteeringaxlesituation,bychangesthesteeringtrapeziumgeneralarrangementwhichthesteeringknuckletierodandtheleftandrighttrapezoidalarmarecomposedafterthefrontaxle,whenthewheeringwheelisinwiththeautomobilestraightlinetravelcorrespondingneutralpoint,trapezoidalarmandsteeringknuckletierodinandpathparallelplane(horizontalplane)inangleofintersection>90.Intheenginepositionisloworinthesteeringaxleconcurrentlysufficientdrivingaxle'ssituation,toavoidthemovementinterference,oftensteeringtrapeziumarrangementbeforethefrontaxle,thistimeaboveangleofintersection<90,ifthesteeringarmisnotaroundswingsintheautomobilefore-and-aftplane,butisshakingrighttowardleftwiththepathparallelplane,thenmaychangethedraglinkhorizontal,andsellstakingadvantageofballleadsdirectlychangesthesteeringknuckletierod,thuspushessomebodyintodoingsomethingthebothsidestrapezoidalarmrotation.UsesforpartswiththeindependentsuspensionforkchangesthetransmissionsystemWhenwheeringwheelindependentsuspension,eachwheeringwheelneedstobeoppositeintheframemakestheindependencemovement,thusthesteeringaxlemustbetheseparationtype.Withthiscorresponding,changesinthetransmissionsystemthesteeringtrapeziumalsotobetheseparationtype.Steeringdraglink.Changesdraglink'sfunctionisthestrengthwhichandthemovementtransmitsthesteeringarmpassestothesteeringtrapeziumarm(orsteering).Itreceivesthestrengthalreadyhasthepullingforce,alsotohavethepressure,thereforethedragl